Etude des mécanismes de plasticité cérébelleux dans une tâche de conditionnement standardisé

par Victor Llobet

Projet de thèse en Neurosciences

Sous la direction de Boris Barbour.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de Cerveau, cognition, comportement , en partenariat avec Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure (laboratoire) et de Ecole normale supérieure (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-09-2016 .


  • Résumé

    Mon projet de thèse s'inscrit dans la continuité de mon stage de master 2. Le but est d'étudier les mécanismes d'apprentissage du cortex cérébelleux au moyen d'enregistrements extracellulaires du cortex durant un apprentissage du clignement de paupière basé sur le protocole expérimentale décrit dans Heiney 2014. L'apprentissage du clignement de paupière ou « eyeblink » est un modèle d'apprentissage cérébelleux bien caractérisé. Ce travail a pour but de tester un modèle d'apprentissage cérébelleux développé au sein du laboratoire et s'appuyant sur un algorithme de descente du gradient stochastique (Bouvier et al, 2016). Selon ce modèle les « complexes spikes » au niveau des cellules de Purkinje, générés spontanément et aléatoirement sans qu'il y ait d'erreur, serviraient à perturber l'activité de la cellule de Purkinje. Cette perturbation modulerait la plasticité, dans un sens ou dans l'autre, des synapses fibres parallèles-Purkinje selon que la perturbation améliore le mouvement ou au contraire augmente l'erreur, générant alors un « complexe spike » d'erreur. Les premier résultats obtenus en patch sur tranche (Bouvier et al, 2016) viennent conforter l'existence des 4 règles de plasticité prévues par le modèle : absence de plasticité s'il n'y a pas de signal de perturbation, LTP au niveau des synapses fibres parallèles-Purkinje, lorsqu'il y a un signal de perturbation en même temps qu'une activité des fibres parallèles, et LTD lorsqu'il y a un signal de perturbation en même temps qu'une activité des fibres parallèles et suivit d'un signal d'erreur. Ce modèles ainsi que les premiers résultats obtenus s'opposent aux observations précédentes où l'on observe une plasticité différent des synapses fibres parallèles-Purkinje (Coesmans et al, 2014). L'explication avancée pour expliquer la divergence avec les résultats historiques est l'utilisation de conditions plus physiologiques que celles classiquement utilisées et pouvant être à l'origine d'une modification des règles de plasticité. Par exemple, la concentration extracellulaire de calcium a été réduite de 2mM à 1,5 mM, concentration maximale observée in vivo, et la stimulation des fibres parallèles s'est faite dans la couche granulaire et non dans la couche moléculaire. Mon projet de thèse a donc pour objectif d'approfondir l'étude des mécanismes d'apprentissage cérébelleux afin de déterminer si les premiers résultats observés en patch sont retrouvés in vivo, dans les conditions les plus physiologiques possibles. Pour ce faire, j'ai développé durant mon master 2 un protocole d'enregistrement couplé à un apprentissage du clignement de paupière. Ce dernier devrait permettre d'étudier l'évolution de l'activité de la cellule de Purkinje durant l'apprentissage en fonction de la présence ou de l'absence de « complexes spikes » spontanés et de « complexes spikes » d'erreurs afin de déterminer le modèle permettant le mieux d'expliquer les résultats observés. Bouvier, G., Clopath, C., Bimbard, C., Nadal, J.-P., Brunel, N., Hakim, V., and Barbour, B. (2016). Cerebellar learning using perturbations. BioRxiv Heiney, S. A., Wohl, M. P., Chettih, S. N., Ruffolo, L. I., and Medina, J. F. (2014). Cerebellar-dependent expression of motor learning during eyeblink conditioning in head-fixed mice. JNeurosci, 34 :14845–14853 Coesmans, M., Weber, J. T., de Zeeuw, C. I., and Hansel, C. (2004). Bidirectional parallel fiber plasticity in the cerebellum under climbing fiber control. Neuron, 44 :691–700.

  • Titre traduit

    Study of cerebellar mechanisms of plasticity in eyeblink task


  • Résumé

    The mechanisms of learning in the cerebellum and test of a new model of cerebellar learning describes in Bouvier et Barbour - 2016. I'll use an eyeblink learning (Heiney 2014) pair with cerebellar extracellular recording using silicon probe. Bouvier, G., Clopath, C., Bimbard, C., Nadal, J.-P., Brunel, N., Hakim, V., and Barbour, B. (2016). Cerebellar learning using perturbations. BioRxiv Heiney, S. A., Wohl, M. P., Chettih, S. N., Ruffolo, L. I., and Medina, J. F. (2014). Cerebellar-dependent expression of motor learning during eyeblink conditioning in head-fixed mice. JNeurosci, 34 :14845–14853